1.
JUSTIFICACIÓN
Aunque en en el Valle de de Cauca la obtención obtención de de electricidad electricidad se hace hace a través de de procesos procesos de energía hidráulica, una de las más limpias, no se pueden obviar los impactos que sobre la sociedad y el medio ambiente este deja tras de sí. Talas de árboles, desvío de los caudales de los ríos, desplazamiento de masas de personas, entre otros, son solos algunas de las desventajas que las centrales hidroeléctricas pueden causar al entorno que las rodea. En el municipio de Calima-El Darién se ubica de las centrales más importantes de la región: la hidroeléctrica de Calima que será objeto de estudio en las páginas siguientes. ¿Pero tales efectos colaterales justifican los resultados obtenidos por los procesos de termodinámica ahí empleados? Las siguientes páginas pretenden dar una visión objetiva sobre daños y beneficios que genera esta hidroeléctrica para el medio ambiente y la sociedad que conviven en los alrededores. Sin olvidar que se hablar sobre la eficiencia en los procesos que esta tiene para la generación de energía.
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2.
OBJETIVOS
Explicar de manera concisa cómo ocurre la transformación de energía de un tipo a otro en una central hidroeléctrica. Informar al lector sobre los procesos empleados en la producción de energía eléctrica por medio del agua en la central hidroeléctrica. Evidenciar la eficiencia de la producción de energía renovable en diferentes tipos de sistemas eléctricos frente a los sistemas convencionales como medio alternativo para la disminución de los impactos ambientales negativos. Informar sobre el seguimiento y las acciones respectivas ejercidas por el Ministerio de ambiente y desarrollo territorial frente los impactos causados en la construcción y proceso de llenado de las hidroeléctricas a nivel nacional. Proporcionar información general acerca de los impactos ambientales y sociales que generan las construcciones de hidroeléctricas hidroeléctri cas y los problemas que éstas continúan generando al medio después de la etapa de construcción.
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2.
OBJETIVOS
Explicar de manera concisa cómo ocurre la transformación de energía de un tipo a otro en una central hidroeléctrica. Informar al lector sobre los procesos empleados en la producción de energía eléctrica por medio del agua en la central hidroeléctrica. Evidenciar la eficiencia de la producción de energía renovable en diferentes tipos de sistemas eléctricos frente a los sistemas convencionales como medio alternativo para la disminución de los impactos ambientales negativos. Informar sobre el seguimiento y las acciones respectivas ejercidas por el Ministerio de ambiente y desarrollo territorial frente los impactos causados en la construcción y proceso de llenado de las hidroeléctricas a nivel nacional. Proporcionar información general acerca de los impactos ambientales y sociales que generan las construcciones de hidroeléctricas hidroeléctri cas y los problemas que éstas continúan generando al medio después de la etapa de construcción.
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3.
RESUMEN
La energía eléctrica es una fuente vital para el sostenimiento de las actividades que llevamos a cabo diariamente, ésta es generada a partir de varios procesos que comprenden factores naturales (como el agua), estos procesos son llevados a cabo en lugares como por ejemplo las centrales hidroeléctricas. Éstas son construidas en sitios clave para que haya mejor rendimiento y eficiencia en la transformación de energía, es por ello que en aquel espacio se requiere adaptación, sin embargo esto trae consigo muchos impactos tanto positivos como negativos para el ambiente y la sociedad, como lo es la perdida de fauna, desplazamientos sociales, generación de empleo, cambios en las condiciones de los cuerpos de agua etc. Una central hidroeléctrica se compone de un canal, una represa, una turbina, un generador, un transformador, una red de transporte de energía, un embalse, una casa de máquinas, aliviadores y tomas de agua; todas estas partes de la central cumplen un papel fundamental en el proceso de transformación de la energía. El aprovechamiento de la caída del agua es vital para una eficiencia mayor, esta pasa por el canal o tubería forzada con el fin de omitir fuerzas exteriores y aplicarle presión. El agua va dirigida a la turbina, produciendo movimiento rotacional sobre su eje y este es aprovechado por un generador que convierte la energía mecánica que llega a la turbina a energía eléctrica. Desde el generador sale la energía eléctrica que va dirigida por medio de cables hasta una primera fase o estación que eleva el voltaje. Luego la energía sale de la primera subestación, es transportada por cables que miden miles de kilómetros montados en torres de alta tensión, atravesando cualquier lugar. Esta energía llega a un trasformador que baja el voltaje y logra distribuir la energía en toda la ciudad. Todos los componentes nombrados anteriormente en la utilización de la transformación de la energía se conjugan para poder formar el concepto “central hidroeléctrica”.
Un ejemplo de una central eficiente en la transformación de la energía es la hidroeléctrica de Calima, del tipo Pie de Presa, construida entre 1961-1964 y una de las más importantes de Colombia. Con la construcción de esta represa se provee regulación estacional al sistema regional y suple las necesidades y deficiencias de las demás plantas durante épocas secas, pero conllevó efectos sobre el ambiente y la sociedad. Esta central usa para su embalse el caudal del Rio Bravo y el Rio Calima, el agua cae por un túnel de 225 metros de longitud que hace girar la turbina que está conectada a un generador que transforma la energía. Así como se llevan a cabo los procesos de optimización en las hidroeléctricas hidroeléctricas también se debe hacer un seguimiento de los posibles daños que se generan al medio, debido a esto se deben generan proyectos de mitigación, los cuales contrarrestan los daños
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ocasionados. Por esta razón el gobierno debe vigilar que recursos.
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no se sobreexploten los
4.
¿QUE ES LA HIDRÁULICA?
Es una rama de la física y la ingeniería que se encarga del estudio de las propiedades mecánicas de los fluidos. Todo esto depende de las fuerzas que se interponen con la masa (fuerza) y empuje de la misma. 5.
¿QUÉ ES UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA?
Una central hidroeléctrica es aquella que genera electricidad a partir del uso del agua como fuerza motriz. Se utiliza para la generación de energía eléctrica, mediante el aprovechamiento de la energía potencial, del agua embalsada en una presa, situada a más alto nivel que la central. El agua se lleva por una tubería de descarga, a la sala de máquinas de la central, donde turbinas hidráulicas generan la energía eléctrica en alternadores. 5.1.
FUNCIONAMIENTO DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
Se reúnen las aguas disponibles (lagunas, ríos, lagos), se conducen a un embalse y se ubica la altura que proporciona la caída. Las aguas son conducidas por túneles y canales y luego por una tubería de presión, de acero muy resistente y de un diámetro adecuado, por toda la pendiente del cerro. Esta caída es la base fundamental de las centrales hidroeléctricas ya que, junto con la presión del agua, dan la potencia necesaria para mover las ruedas hidráulicas. El agua llega a una galería de distribución desde donde pasa por una cámara de válvulas hacia las turbinas. Desde que el agua ingresa a la galería de distribución ya está en la central misma es decir, en la casa de máquinas. Luego, el agua es inyectada a las turbinas. Con la fuerza que provee la caída del agua, las turbinas empiezan a girar y hacen girar, a través de ejes, a los generadores. En los generadores es donde se produce la electricidad: la energía mecánica se convierte por polarización de electrones en energía eléctrica. La electricidad generada pasa por los transformadores y se conduce al exterior de la central hacia una estación de salida donde se hallan los interruptores que se conectan a las líneas de transmisión. Estas son las encargadas de llevar la electricidad a las ciudades a través de los cables y las torres de alta tensión. Las centrales son comandadas desde una sala de mando dentro de la misma central. Ese es el lugar donde se sincronizan y se regulan todas las acciones y maniobras que el servicio requiere.
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5.2.
CONTEXTO HISTÓRICO DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS
La invención del generador eléctrico en la década de 1800 produjo una nueva forma de explotar la energía hidroeléctrica para el crecimiento de la civilización. Al casarse con turbinas de agua a los generadores con las correas y engranajes, una fuente confiable de electricidad se ha creado que podría ser utilizado para las fábricas de energía y empresas de todo el día. La primera planta de energía hidroeléctrica fue construida en las cataratas del Niágara en 1881. Desde 1980 hasta hoy, no ha habido ningún aumento apreciable en la producción de energía hidroeléctrica, mientras que otras formas de producción de electricidad han ido en aumento. 5.3.
PARTES DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
Figura 1. Partes de una hidroeléctrica
Fuente: www.concienciaambiental.cl
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5.3.1. Tubería Forzada o Canal Es la tubería que lleva el agua a presión desde el canal o el embalse hasta la entrada de la turbina. 5.3.2. Presa o Represa Esta es una barrera fabricada con piedra, hormigón o materiales sueltos, que se construye habitualmente en un desfiladero sobre un río o arroyo. Tiene la finalidad de embalsar el agua en el cauce fluvial para su posterior aprovechamiento en abastecimiento, para elevar su nivel con el objetivo de derivarla a canalizaciones de riego. 5.3.3. Turbina Éstas son máquinas a través de las cuales pasa el fluido en forma continua y éste le entrega su energía a través de un rodete con paletas o álabes. El elemento básico de la turbina es la rueda o rotor, que cuenta con palas, hélices, cuchillas o cubos colocados alrededor de su circunferencia, de tal forma que el fluido en movimiento produce una fuerza tangencial que impulsa la rueda y la hace girar. 5.3.4. Generador Máquinas destinadas a transformar la energía mecánica en eléctrica. Esta transformación se consigue por la acción de un campo magnético sobre los conductores eléctricos dispuestos sobre una armadura. Si mecánicamente se produce un movimiento relativo entre los conductores y el campo, se generará una fuerza electromotriz (F.E.M.). 5.3.5. Transformador Dispositivo que convierte la energía eléctrica alterna de un cierto nivel de tensión, en energía alterna de otro nivel de tensión, por medio de interacción electromagnética. Está constituido por dos o más bobinas de material conductor, aisladas entre sí eléctricamente y por lo general enrolladas alrededor de un mismo núcleo de material ferromagnético. La única conexión entre las bobinas la constituye el flujo magnético común que se establece en el núcleo.
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5.3.6. Red de transporte de energía Es la parte del sistema de suministro eléctrico constituida por los elementos necesarios para llevar hasta los puntos de consumo y a través de grandes distancias la energía eléctrica generada en las centrales eléctricas. 5.3.7. Embalse Es la acumulación de agua producida por una obstrucción en el lecho de un río o arroyo que cierra parcial o totalmente su cauce. 5.3.8. Casa de turbinas o maquinas Es la construcción en donde se ubican las máquinas (turbinas, alternadores, etc.) y los elementos de regulación y comando. 5.3.9. Aliviadores Son elementos vitales de la presa que tienen como misión liberar parte del agua detenida sin que esta pase por la sala de máquinas. Se encuentran en la pared principal de la represa y pueden ser de fondo o de superficie. La misión de los aliviaderos es liberar, si es preciso, grandes cantidades de agua o atender necesidades de riego. 5.3.10. Tomas de Agua Son construcciones adecuadas que permiten recoger el líquido para llevarlo hasta las máquinas por medios de canales o tuberías. Estas tomas, además de unas compuertas para regular la cantidad de agua que llega a las turbinas, poseen unas rejillas metálicas que impiden que elementos extraños como troncos, ramas, etc. puedan llegar a los álabes y producir desperfectos. 5.4.
VENTAJAS DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
Es un recurso natural especialmente indicado para zonas lluviosas o por las que circulan ríos caudalosos; es recomendable que estos ríos tengan cauces poco variables,
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aunque en el caso de ríos con caudales oscilantes se pueden usar los embalses para el almacenamiento de agua en tiempos de sequía. Respecto a otro tipo de energía renovables, en las centrales hidroeléctricas el caudal de agua puede ser controlado, de forma que en el momento de demanda eléctrica, se deja fluir el líquido generando energía; en el caso que no exista esta demanda se mantendrán cerradas las compuertas hasta que vuelva a existir demanda; este es una ventaja respecto a la energía eólica ya que de momento en ésta no se resuelve el problema del almacenamiento. Su explotación apenas requiere mantenimiento, el almacenamiento de agua también se puede utilizar para regadíos y se evitan inundaciones al poder regular el caudal. Las hidroeléctricas no producen cantidades excesivas de gases de efecto invernadero, en contraste con las centrales basadas en combustibles fósiles. El “combustible” (agua) es renovable y no está sujeto a fluctuaciones en las
condiciones del mercado. Es una tecnología “madura”, con más de una centuria de experiencia.
5.5.
DESVENTAJAS DE UNA CENTRAL HIDROELÉCTRICA Los costos de capital por kilovatio son muy altos.
El emplazamiento, es lo que significa un aumento de la inversión y en los precios de mantenimiento y pérdida de energía. La construcción lleva largo tiempo. La disponibilidad de energía puede fluctuar de estación en estación y de año en año.
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5.6.
¿CÓMO SE GENERA LA ENERGÍA ELÉCTRICA?
El proceso de la generación de energía se inicia en las montañas que están llenas de arboles. Entre más densa sea la vegetación es más fácil que al llover los ríos se formen y conserven caudal. La empresa con estos ríos almacena agua y forma lagos inmensos que reciben el nombre de EMBALSES o REPRESAS. El agua del embalse es aprovechada únicamente para producir energía eléctrica y la regresa al rio sin contaminarla. El agua empleada para la generación de energía baja por unos tubos y adquiere velocidad suficiente para hacer girar rápidamente todo el tiempo, una rueda enorme llamada TURBINA. Una maquina denominada GENERADOR DE ENERGÍA convierte el movimiento de a turbina en ENERGÍA ELÉCTRICA. La TURBINA y el GENERADOR están ubicados en la CASA DE MAQUINAS. Desde el GENERADOR, salen unos cables, que llevan toda la ENERGÍA ELÉCTRICA hasta la PRIMERA SUBESTACIÓN en donde se eleva bastante el voltaje. Al EMBALSE, la TURBINA, el GENERADOR, la CASA DE MAQUINAS, y la PRIMERA SUBESTACIÓN se les llama CENTRAL HIDROELÉCTRICA o PLANTA GENERADOR DE ENERGÍA ELÉCTRICA. La energía que sale de la PRIMERA SUBESTACIÓN viaja por los cables que son como autopistas aéreas por las que recorre cientos y cientos de kilómetros y atraviesa montañas, ríos y mares. Estos cables van montados en TORRES DE ALTA TENSIÓN. El voltaje de estos cables es demasiado alto, si se llegara a emplear dañaría todo los electrodomésticos. La ENERGÍA ELÉCTRICA que viene por los cables en las TORRES DE ALTA TENSIÓN, llega la SEGUNDA SUBESTACIÓN en dónde se disminuye un poco al voltaje, para que luego se pueda distribuir en las ciudades. Esta energía se reparte por cables que van sostenidos por los POSTES más altos que hay en la calles. A estos postes se les llamas REDES PRIMARIAS. En algunos POSTES hay una caja llamada TRANSFORMADOR que sirve para bajar el voltaje de la energía. Este se conecta a la RED SECUNDARIA que va sostenida por los POSTES más pequeños. En la RED SECUNDARIA se instala la ACOMETIDA que va al MEDIDOR. El medidor indica el consumo de ENERGÍA ELÉCTRICA de los usuarios.
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5.7.
EFICIENCIA DE LA CENTRAL HIDROELÉCTRICA
Para empezar a hablar de lo eficiente que puede resultar una presa en la producción de energía eléctrica se puede definir algunos conceptos. Todas las formas de energía se pueden clasificar en dos categorías básicamente: energía cinética o energía potencial. La energía cinética, es la energía que un objeto adquiere debido a su movimiento en relación con su entorno. Tiene la capacidad para hacer trabajo en otros objetos aplicando una fuerza a estos con el fin de cambiar su velocidad. La energía potencial, es la energía que se almacena en un sistema en virtud de fuerzas entre los objetos que están separados por una distancia, el ejemplo más conocido y cotidiano es la energía potencial gravitatoria. La ley Universal de Gravedad de Newton nos define la energía potencial entre dos objetos como: E potencial = masa x aceleración de la gravedad cerca de la Tierra Debido a que la fuerza es una constante, la energía potencial no es más que el producto de la distancia a través de la cual el objeto cae por la fuerza. Si se define H para la altura a través de la cual el objeto caerá, entonces la energía potencial del objeto es: E potencial= masa x 9,80 m/seg2 x H En una represa hidroeléctrica, el objeto que "cae" es el agua. La masa del agua que cae, se determina por la cantidad de volumen que ocupa. Para ello se determina la densidad, que para el agua dulce es de 1 g/cm 3, lo que equivale a 1.000 kg/m 3. Por lo tanto, la fórmula para la energía potencial de un volumen V de agua que cae a través de una altura H, siendo H la diferencia de altura entre la superficie del agua en el embalse y la turbina es: E potencial = (9800 J/m4) x VH Donde J es el símbolo de la unidad de energía llamada Julio. Cuando escribimos sobre el agua que "cae” hace referencia a la presión que ejerce el
agua de la superficie sobre el agua del fondo de la represa obligándola a impactar la turbina. Esto es equivalente matemáticamente al caer. Esta energía potencial, sin embargo, no es la cantidad real de energía eléctrica que se puede generar al salir de la presa, de acuerdo a La Segunda Ley de la Termodinámica, dice que “la cantidad total de energía útil que sale de cualquier proceso será menor que la cantidad total de energía que entró en el proceso”, la diferencia entre la cantidad total de
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energía de entrada y la salida de energía útil se consume en forma de calor. Esto nos lleva al concepto de eficiencia. La eficiencia, es una medida de la cantidad de energía útil que se genera durante cualquier tipo de transferencia. Con base en esto, se puede decir que sí la transferencia es muy eficiente, entonces la cantidad de energía útil que se genera es casi igual a la cantidad total de energía que entró en la transferencia. Esto significa que se produce muy poco desperdicio de energía. Una transferencia ineficiente, por el contrario, es aquella en la que la mayor parte de la energía que va en el proceso se convierte en calor residual. La eficiencia se calcula por: EFICIENCIA = (energía eléctrica de salida)/(energía potencial) = (energía eléctrica de salida)/ [(9800 J/m4) x VH]
5.8.
COMPARACIÓN DE LA ENERGÍA HIDRÁULICA CON OTROS TIPOS DE ENERGÍAS
En la represa hidroeléctrica el agua que corre por las tuberías se encuentra con las fuerzas de resistencia de las paredes de la tubería. El agua que golpea las turbinas genera calor, al igual que cualquier tipo de colisión. El agua que sale de la turbina tiene todavía algo de energía cinética, que es la energía que no se da a la turbina. Al realizar el conteo de todas las pérdidas de energía en el sistema, se observa que el proceso resulta eficiente comparado con otros sistemas de conversión de energía. Gran parte del contenido energético de las fuentes de energía disponible se pierde por la ineficiencia de la conversión de la energía y los procesos de distribución, por ejemplo, en el uso tradicional de plantas de generación de combustible fósil, las pérdidas se acumulan de la siguiente manera: El 10% del contenido energético del combustible se pierde en la combustión y sólo el 90% del contenido calórico se transfiere al vapor. La eficiencia de la turbina de vapor en la conversión de la energía contenida en el vapor en energía mecánica se limita a un 40%. La transmisión de la energía eléctrica en la red de distribución entre la central y los resultados de los consumidores genera pérdidas del 10%, principalmente debido a la
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resistencia de los cables eléctricos. Más energía se pierde debido a la eficiencia de conversión de energía del aparato del usuario final. En la siguiente tabla se muestra la eficiencia teórica de conversión de varias fuentes de energía por una variedad de métodos en energía eléctrica útil: Figura 2. Porcentajes de la Eficiencia en la generación de Electricidad
Fuente: www.mpoweruk.com
Claramente se observa que el índice de mayor producción de energía es el de la hidroeléctrica con una eficiencia cercana al 100%, y aunque en condiciones reales ocurre una mayor pérdida de energía, continua siendo aproximadamente de 80-90% eficiente, que es una de las mayores eficiencias comparada con cualquier tipo de instalaciones de generación de electricidad que utilizamos en la sociedad actual.
5.9.
IMPACTOS AMBIENTALES DE UNA HIDROELÉCTRICA
A pesar de que las centrales hidroeléctricas son una fuente de energía renovable y son capaces de abastecer una gran demanda, además de ser poco contaminantes, estas 14
no son totalmente benéficas con el medio ambiente. Estos son algunos de los impactos que generan las centrales hidroeléctricas: La construcción y el proceso de establecimiento de la central alteran gravemente el ecosistema fluvial. Destrucción del hábitat de la fauna local y de bosques con la finalidad de construir vías de acceso para el traslado de materiales. Erosión y pérdida de suelos fértiles. Modificación y disminución del caudal de los ríos hecho que significa un aumento de velocidad y profundidad de las aguas que da paso a un ambiente “pobre” . Cambio de los niveles de las aguas que en ocasiones terminan manifestándose solo como un pequeño hilo de agua que intenta seguir su dirección. Disminución de la fauna acuática debido al “efecto barrera” el cual genera que se
modifiquen los ciclos reproductivos. Cambio de las características del agua como: temperatura, grado de oxigenación, aparición de materiales que producen diferencias en la composición físico-química de esta. Evaporación excesiva del agua de la zona del embalse que afecta la humedad relativa del ambiente. Infecciones bacterianas y enfermedades por evaporación de aguas estancadas en regiones tropicales. Contaminación del aire debido a las emisiones de gases durante la fase de construcción y la emisión de material particulado de los motores de los vehículos. Supresión de área de diferentes formaciones vegetales especificas de la región. Contaminación acústica producto del aumento de los niveles de intensidad del ruido por la construcción y vehículos.
5.10. IMPACTOS SOCIO-ECONÓMICOS Y CULTURALES Afectación de asentamientos nucleados y dispersos. Construcción de vías en infraestructura. Generación de expectativas y conflictos. Construcción. Generación de empleo Mejoramiento en calidad de vida. Profusión de vectores de enfermedades. Conflictos de usos del agua. Pérdida de identidad cultural por cambio de actividad económica y reubicaciones. Perdida de conectividad. Afectación de las actividades productivas, en áreas requeridas por el proyecto. Afectación asentamientos temporales y permanentes. 15
6.
ENERGÍA HIDRÁULICA EN EL SECTOR ELÉCTRICO DE COLOMBIA
Colombia cuenta con una capacidad instalada de aproximadamente 67.7%, de recurso hídrico del Sistema Eléctrico Colombiano lo que representa un alto riesgo ante la presencia del fenómeno de El Niño, el cual ha ocasionado un período de bajas lluvias en el territorio nacional. Se tiene también que el uso y la disponibilidad de la energía hidráulica ha evolucionado en este último año debido a la construcción de nuestros proyectos de hidroeléctricas en diferentes zonas del país. Los aportes hídricos anuales promedio han presentado sus valores mínimos en los años 1991 con 1690.6 GWh, 1997 con 1022.6 GWh y en 2009 con 1952.6 GWh. Figura 3. Participación de tipo de plantas generadoras (%)- Junio 2011
Tabla 1. Variable de Generación en Comparación de Junio 2010-2011 Variables Jun 10 Jun 11 Reservas Hídricas 9418.08 14592.71 de Energía(Gwh) Aportes Hídricos 5426.46 6873.89 (GWh) Capacidad Efectiva Neta Promedio (MW) Hidráulica 8525 9020 Térmica 4362 4095 Generación (Gwh) Hidráulica 3623.70 3804.28 Térmica 716.46 630.39 16
Figura 4. Generación de Energía Eléctrica
Se presenta el comportamiento de ciertas variables relacionadas con el sector eléctrico: 6.1.
GENERACIÓN REAL
En materia de generación de energía, la participación de la energía hidráulica es de 59.3%. Así mismo tenemos que la generación real de energía eléctrica para los años comprendidos entre 1996 y 2009 muestra un incremento de 15,505 GWh al pasar de 40.480.8 GWh a 55.986.4 GWh, lo que representa un crecimiento de 2.5% anual equivalente. 6.2.
DEMANDA DE POTENCIA Y ENERGÍA
La demanda de potencia desde el año 1991al año 2009 creció un 50% equivalente a 3,106 MW, al pasar de 6,184 MW a 9,290MW. La demanda de energía eléctrica se ha incrementado entre los años 1991 al año 2009 en 19,671.3 GWh al pasar de 35,210 GWh a 54,882 GWh lo que representa un aumento del 56% aproximadamente, equivalente a un crecimiento de 2.5% anual.
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Figura 5. Evolución de la Capacidad Instalada y Demanda Máxima de Potencia (MW) del SIM
6.3.
VOLUMEN ÚTIL DE ENERGÍA
Figura 6. Volumen Útil de Energía por Embalse ( 1)GWh 2004-2010
Fuente: www1.upme.gov.co
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Se observa que Calima I comprada con las otras centrales hidroeléctricas de la región ha generado en los últimos años un mayor volumen útil de energía por embalse. Figura 7. Volumen Útil de Energía por Región
Fuente: XM S.A. E.S.P., enero 2011
Como se observa el valle de Cauca comparado con otras regiones produce un volumen de energía útil menor en cada año. 6.4.
CAPACIDAD EFECTIVA
6.4.1. Tipo De Combustible Figura 8. Capacidad Efectiva por combustible
Fuente: www1.upme.gov.co
19
7.
SEGUIMIENTO DEL MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL AL SECTOR HIDROELÉCTRICO
El Ministerio tiene 28 proyectos en seguimiento, los cuales corresponden a centrales hidroeléctricas con capacidad de generación mayor a 100 MW, trasvases, pequeñas centrales y cadenas de generación. La capacidad instalada de los proyectos en operación es de aproximadamente 8260 MW. Actualmente, están en proceso de solicitud de licencia ambiental 10 proyectos, de los cuales 3 están en proceso de licenciamiento, y 7 en pronunciamiento de DAA, de los cuales 3 pretenden desarrollarse en área de Parques Nacionales Naturales. En el Valle del cauca se destacan: Tabla 2. Proyectos Nuevos EMPRESA EPSA S.A E.S.P
PROYECTO LOCALIZACION CENTRAL Calima Darién(Valle) HIDROELECTRICA CALIMA I 120 MW.EN OPERACION EPSA S.A E.S.P CENTRAL Buenaventura HIDROELÉCTRICA BAJO ANCHICAYÁ 74 MW. En operación. Altura presa 60m. Area inundación 18 Ha. EPSA S.A E.S.P CENTRAL Buenaventura HIDROELÉCTRICA ALTO ANCHICAYÁ 365 MW En operación Altura presa 140 m. Fuente: www.minambiente.gov.co
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EMBALSE Capacidad Total 581 HM3 Capacidad Util 441 Hm3 Capacidad Total 5 Mm³ Capacidad útil 2.2 Mm³
Capacidad Total 45 Mm³ Capacidad útil 30 Mm³
8. 8.1.
HIDROELÉCTRICA CALIMA
RESEÑA HISTÓRICA
La Hidroeléctrica de Calima, conocido como el Lago Calima, fue construido por la empresa PERINI entre los años 1961 y 1964 para Corporación Autónoma Regional del Valle del Cauca -C.V.C. Inaugurado el 28 de Mayo de 1966 con un grupo de 33MW y en 1967 con dos grupos de 33MW. 8.1.1. Descripción de la Región 8.1.1.1.
Geografía
La cuenca del Rio Calima fue una de las más importantes de la vertiente del pacifico en el Valle del Cauca. El Valle del lago Calima tenía una longitud de unos 17km y una altura promedia de unos 1350 m. La población de Darién estaba situada cerca a la parte alta de este valle y era el único centro poblado de alguna importancia en la cuenca del Calima. El Rio Calima no tenía tributarios importantes en el valle Alto y sólo tres de alguna importancia al entrar al Cañón. El primero de los tributarios importantes era el Rio bravo que nace en el lado de los cerros de Calima que mira al pacifico y corre hacia el suroeste hasta su confluencia con el Rio Calima. Aguas debajo de esta confluencia está la del Rio Azul, que nace también en los cerros de Calima y llega al Rio Calima por el norte. El último tributario de importancia dentro del Cañón es el Rio Chanco que nace en los cerros que separan al Rio Calima del Rio Dagua y se une al Calima por el suroeste. 8.1.1.2.
Topografía
La pendiente del Rio Calima era de 0.55% en el Valle Alto, pero a partir de Madroñal la pendiente aumentaba, con valores entre el 5 y 10%. La pendiente del Rio Bravo y de los otros tributarios del Calima variaba también entre el 5 y 10% en toda su longitud. No existían en caídas aisladas de más de 10 metros en ninguno de los ríos donde se hicieron reconocimientos, ni hay tampoco remansos de importancia.
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8.1.1.3.
Caudal Del Rio Bravo
Para estudiar la utilización del Rio Bravo en la planta de Calima I, se ha adoptado los datos aproximados que se presentan a continuación y que fueron estimados en los reconocimientos del campo: Caudal promedio del Alto Rio Bravo (1946-1953) Capacidad máxima de la conducción del Bravo Caudal medio mensual máximo desviable Caudal medio utilizable 8.1.1.4.
7.1m3 /s. 12.0m3 /s. 10.0m3 /s. 6.5 m3 /s.
Vegetación Y Cultivos
El Valle del Alto Calima y toda la región adyacente estaban unos 60 años cubiertos por completo de bosques. La zona planta ente Darién y Madroñal fue la primera que se desmontó con fines agrícolas, mientras que las laderas de la orilla derecha del Valle fueron desmontadas después. Además, en gran parte de esta zona el bosque fue destruido por un incendio. Cerca del 80% de la cuenca hidrográfica alta, hasta madroñal, estaba desmontada. Tan sólo en las zonas altas de la cuchilla de la Cerbatana y a más de 2000m. sobre el nivel del mar se encontraban extensiones importantes cubiertas de bosques en la cuenca del Calima. La mayoría de la zona cercana a Madroñal existían algunas plantaciones pequeñas de caña y la zona alta entre los 1500 y los 1800 m. existían algunos cafetales. De Madroñal hacia abajo, el cañon del Calima hasta Altaflor estaba cubierto de bosques en un 80%. El 20% restante representaba pequeñas fincas en su mayoría de pastos y plátano, en general en terreno pobre. La cuenca del Rio Bravo hasta la altitud 1400 había sido desmontada en un 35% más o menos. En el Valle del Bajo Calima ya casi al nivel del mar existían zonas agrícolas de importancia. El embalse inundo unas 1500 hectáreas del Valle que tenían un valor comercial alrededor de $1´000,000 en aquella época. Dentro de la zona inundada quedo aproximadamente la mitad de la zona plana del Alto Calima. La zona que se inundó estaba cubierta en un 90% de pasto y pertenecía sólo a unos pocos propietarios.
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8.2.
CONDICIONES ACTUALES
La hidroeléctrica tiene 1934 hectáreas inundadas con 581 millones de metros cúbicos de agua listos para producir energía. La temperatura promedio del agua es de 22.8 °C. El embalse mide 13 kilómetros de largo por 1.5 kilómetros de ancho. Es considerado como el lago con los vientos más rápidos de América y el tercero a nivel mundial ya que tiene vientos fuertes y constantes todo el año de hasta 45 nudos.
8.3.
LOCALIZACIÓN
Se encuentra a 100 km por carretera de la ciudad de Cali en la jurisdicción de CalimaDarién, en la zona centro del valle. Este embalse artificial opera a una altura de 1400 metros sobre el nivel del mar, captando las aguas de los ríos Bravo y Calima. La hidroeléctrica tiene una ubicación privilegiada y excelentes vías de comunicación hacia los principales centros del valle del cauca.
Figura 9. Mapa de la Ubicación de la Hidroeléctrica Calima en el valle del Cauca
Fuente: EPSA
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Figura 10. Ubicación de la Represa en Calima-Darién
:
Fuente: Calimadarien.com
8.4.
TIPO DE CENTRAL
La Hidroeléctrica de Calima es del tipo Pie de Presa, en la cual tienen una tubería de presión y la casa de maquina es subterránea. Así mismo es una central de regulación lo cual permite almacenar agua que fluye de los ríos siendo especialmente interesante para cubrir horas punta de consumo 8.5.
PARTES DE LA HIDROELÉCTRICA DE CALIMA
8.5.1. Centro De Control De Operación Se tiene el control y la información sobre la generación, transformación y demanda de lo que producen las maquinas en operación.
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8.5.2. Generadores Marca Toshiba,3 fases, 37.500kva, 1.569 amperios,16 polos, 60 ciclos ( HZ ), 450 RPM, factor de potencia 0.80, fabricado en octubre de 1.962, voltaje de excitación 250 V, corriente de excitación 575 A. Tienen un aumento en la temperatura estándar de 60°C ,un aumento de temperatura en el Rotor 60 °C y una temperatura Ambiente de 40°C. Conexión del estator en Y.
8.5.3. Turbina Esta central tiene turbinas tipo Francis vertical debido a que su caída es intermedia (entre 200 y 800 pies), además entre el generador y la turbina existe un eje de conexión por este motivo la sala de maquinas tiene 3 pisos sin olvidar que su montaje y su mantenimiento son difíciles.
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8.5.4. Torre de Conducción Esta tiene unas líneas de tensión de 115KV para el sistema de interconexión nacional.
8.5.5. Subestación Elevadora Recibe una tensión de 13.2KV por parte de los generadores y la eleva a 115KV para poder ser sincronizado el sistema con la interconexión nacional.
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8.6.
COMO SE GENERA LA ENERGÍA ELÉCTRICA EN CALIMA
El rio Bravo y el Rio calima forman el embalse de Calima, después el agua cae a través de un túnel de 225 metros de longitud que hace girar una turbina que está conectada a un generador que produce la energía. 8.7.
CAPACIDAD EFECTIVA 2010
Fuente: www1.upme.gov.co
8.8.
CARACTERÍSTICAS
Capacidad instalada: 132 MW Energía Media/Anual: 180GWh Área de la Cuenca: 312 km2 (267 Km Calima, 45 Km 2 Rio Bravo) Capacidad del Embalse: Total 581 Mm 3 Útil: 437.5 Mm3. Presa: De arena y grava compactadas con núcleos de arcilla impermeable Altura 110 metros Longitud de cresta: 240m Casa de maquinas: Subterránea al pie de la presa, con cuatro grupos tipo Francis Caída Media: 225m Caudal Medio: 12.5m3/s incluye rio Bravo 8.9.
FUNCIÓN
Proveer regulación estacional al sistema regional, supliendo las necesidades y deficiencias de las demás plantas durante las épocas secas. Así mismo, también atiende los picos de la demanda de energía y asegura capacidad de reserva para subsanar fallas en otras unidades del sistema.
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8.10. EFICIENCIA DE LA HIDROELÉCTRICA La hidroeléctrica Calima se encuentra en la clasificación de mini hidroeléctrica, pues cuenta con una capacidad en sus instalaciones del orden de MW (132 MW). Anualmente produce 180GWh y cuenta con una eficiencia del 80-90%, es decir, las pérdidas de energía durante los diferentes procesos de conversión de ésta en el sistema son pocos comparados con la energía útil disponible a los usuarios, situándola como la hidroeléctrica que produce el mayor volumen útil de energía a nivel departamental y en el quinto lugar después de la Hidroeléctrica Guavio.
8.11. IMPACTOS DE LA HIDROELÉCTRICA CALIMA SOBRE EL AMBIENTE Por lo general las represas tienen impactos positivos de diferentes tipos sobre la vegetación y los territorios aledaños, pues generan progreso a sus habitantes e inclusive promueven proyectos de recuperación de la flora, pero en el momento de su construcción pueden resultar nocivas, veamos algunos casos de la Hidroeléctrica Calima: La construcción de la represa implico el derribe de gran parte del Valle del Alto Calima y toda la región adyacente que estaban cubiertos por completo de bosques. Lo que provoco una alteración (disminución) en la biodiversidad y el microclima, cambiando de un ecosistema de bosque húmedo a uno de lago (embalse). La construcción del embalse inundo unas 1500 hectáreas del Valle donde parte de ellas pertenecían a habitantes del lugar donde tenían plantaciones de caña, plátano y café, lo que provoco el desplazamiento y pérdidas económicas para los respectivos propietarios. Con el tiempo los caudales de los ríos Bravo y Calima disminuyeron por el agotamiento de los niveles freáticos, provocada por la construcción de los túneles usados para la conducción del agua hasta las turbinas. El agua embalsada modifico las condiciones naturales de los ríos que irrigan la planta, ya que altero sus condiciones físicas y químicas como la salinidad, temperatura y nutrientes al interrumpir el flujo del agua, la cual arrastraba material particulado que era esencial para el sustento de la población acuática, provocando la sedimentación de estos en el embalse.
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En la etapa de construcción de las vías e infraestructura provoco procesos de inestabilidad y erosión sobre el territorio. Descenso de las aguas del lago generado por la sobreexplotación del Lago Calima que realiza a través de la Central eléctrica del mismo nombre. Reemplazo de los bosques nativos por pastos los cuales no alcanzan a proteger el suelo de la erosión. Contaminación del agua debida a que en determinado tiempo se estuvieron vertiendo las aguas negras del municipio del Darién al embalse. 8.12. IMPACTOS DE LA HIDROELÉCTRICA CALIMA SOBRE LA SOCIEDAD En el embalase han muerto gran numero bañistas, debido a que tanto en sus extremos como en el fondo del rio existen arenas movedizas, también en el fondo se encuentran troncos de árboles que nunca se derribaron, casas de bareque y pilotes de un viejo puente. Inundaciones debido a que en las temporadas invernales lo niveles del embalse aumentan lo que resulta peligroso para los habitantes de zonas aledañas al embalse que han construido sus hogares muy cerca. También se han presentado inconvenientes con el lago, debido a que el municipio de Darién estuvo arrojando sus aguas negras a el lago, lo que ocasionó que los niveles materia orgánica en el lago (como materia fecal entre otros) sobrepasaran el nivel permitido. Antes de la construcción de la hidroeléctrica y formación del lago, las tierras comprendidas por este, pertenecían a agricultores y terratenientes, debido a que estas tierras eran muy fértiles y aptas para el cultivo; por la construcción e inundación, estos propietarios debieron ser desplazados de la zona. La zona de Calima también era habitada por algunas culturas indígenas como los Embera Chamí, estos también fueron desplazados por la construcción de la represa. Este grupo se destacaba sus asentamientos ubicados sobre las cuencas del rio Calima. El sector de calima varias década atrás era habitado por diferentes culturas indígenas, entre ellas la cultura “Calima”; debido a la construcción de la hidroeléctrica, se
iniciaron excavaciones, estudios y hallazgos de piezas de orfebrería y cerámica; estas
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ahora son parte de El Museo Arqueológico Calima, que es el primer museo regional fundado en el suroccidente de Colombia y creado con el fin de salvaguardar el patrimonio arqueológico. 8.13. SOLUCIONES PARA MITIGAR ESTOS IMPACTOS EN PRIMER INSTANCIA Denuncia de las comunidades, las autoridades locales y la Procuraduría Ambiental denuncian problemas sanitarios por el descenso de las aguas del lago. El Ministerio del Medio Ambiente, Vivienda y Desarrollo Territorial ya restringió la utilización del agua del Lago Calima para la generación hidroeléctrica en temporada de verano por la sobreutilización de la empresa y por que los descensos de niveles de agua estaban afectando a las comunidades. Es posible que esta reacción rápida se debiera a que es una zona de vacaciones estivales de muchos colombianos. Proyecto por parte del gobierno municipal donde se garantiza la sostenibilidad ambiental hace una gestión para la protección y conservación del paramo del duende y la reserva natural de Rio Bravo.
8.14. SOLUCIONES POR PARTE DE LA EPSA S.A. PARA MITIGAR LOS IMPACTOS 8.1.4.1.
Plan De Manejo Ambiental 2010
Programa de Fortalecimiento de la imagen corporativa Se realizaron campañas educativas sobre el programa de uso eficiente de la energía, el cuidado del medio ambiente y la presentación del PMA en la institución Simón Bolívar y el Gimnasio Calima, ubicados en casco urbano de El Darién, en el área rural, en el instituto técnico y agropecuario Forestal ITAF. Programa de Monitoreo y seguimiento del manejo de aguas residuales domesticas y calidad del agua de los afluentes y el embalse.
Caracterización de la eficiencia de los sistemas de tratamientos en Madroñal, Casa Maquinas y sala de control.
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Se realizaron caracterizaciones de las aguas de las principales afluentes y aguas del embalse Calima. Las estaciones son: Rio Calima entrada al embalse, Rio Bravo entrada al embalse, descarga túnel de fuga, Rio Bravo antes de la confluencia con el Rio Calima, Rio Calima aguas debajo de la confluencia con el Rio Bravo, Estas mediciones se realizaron semestralmente. Se llevaron a cabo trabajos de inspección a las instalaciones y contenedores destinados a la disposición temporal de los residuos sólidos, generados por la central. Los residuos sólidos aprovechables o reciclables, se entregaron clasificados adecuadamente, a la estación de transferencia del municipio de Calima. Se instalaron puntos verdes dentro de las instalaciones de la central. Se realizaron actividades de capacitación, comunicación y sensibilización sobre el manejo integral de residuos sólidos.
Programa de Seguimiento al manejo de las zonas inestables
Se realizaron inspecciones visuales alrededor del embalse, para detectar posibles zonas inestables, que se pudieran ir generando por la oscilación del nivel del embalse.
Se iniciaron los asentamientos con la CVC, entidad que se encontraba realizando trabajos de recuperación de algunas áreas degradadas en el perímetro del embalse, mediante un convenio de asociación Ressina de Colombia, con el objetivo de aunar esfuerzos técnicos y económicos para recuperar 50 hectáreas, a través del control de erosión mediante la construcción de obras biomecánicas y reforestación en el municipio de Calima. La CVC realizó un convenio de asociación con la Fundación Biodess, cuyo objetivo es aunar esfuerzos, técnicos y económicos para implementar estrategias de conservación en las cuencas de los Ríos Anchicayá, Calima, Tulúa y Nima. Para la cuenca del Rio Calima se estimó un área de recuperación de 70 hectáreas, mediante obras de bioingeniería, empleando para ello, especies rastreras y forestales. La implementación de sistemas silvopastoriles en 25 hectáreas y el aislamiento de 32 hectáreas de bosque natural.
Monitoreo y seguimiento del programa de investigación sobre hábitats y fauna asociada al embalse
Se actualizaron los usos del suelo del área de influencia de la central, incluyendo el sector Rio Bravo. Inventario y caracterización de la fauna terrestre del sector del embalse. Estudios de fauna acuática del embalse. 31
Las localidades de muestreo seleccionadas: Rio Calima entrada al embalse, descarga túnel de fuga, Rio Bravo antes de la confluencia con el Rio Calima, embalse frente a las entradas 4 y 5, centro del embalse, presa, embalse sector de Puerto Buga, embalse en el sector de Puente Tierra y embalse en el sector de Jiguales.
Programa de Monitoreo y seguimiento al programa para el fortalecimiento de áreas prioritarias para la conservación. Se complementó del informe de implementación del programa para el fortalecimiento de áreas prioritarias, para la conservación, el cual contiene el desarrollo de las actividades necesarias que confluirán en la consolidación legal de las áreas a conservar. Gestiones realizadas ante la CVC, para la constitución legal de las áreas identificadas para su conservación en la cuenca aferente al embalse. Se realizó una reunión con funcionarios de las áreas de biodiversidad, y en ella se dio a conocer el programa de fortalecimiento de áreas prioritarias, para la conservación y el propósito de EPSA de acompañar el proceso.
Proyecto de manejo de conflicto de la comunidad
8.1.4.2.
Durante la socialización del Pan de Manejo Ambiental en las veredas del área de influencia de la central, se verificó que la comunidad no presentó quejas y/o reclamos por su operación, igualmente, se estableció una estrategia para la recepción de posibles peticiones, quejas y reclamos, y encuentros con las comunidades para informar y recepcionar sus inquietudes. Plan De Gestión Social
Sostenibilidad
Formación Laboral: se brindó apoyo logístico a “Expo -Empresarial”, espacio
liderado por la tecnología en administración empresarial del SENA. Se realizaron tres conferencias relacionadas con la administración empresarial y se expusieron las propuestas de proyectos productivos de los estudiantes, que finalizaron esta tecnología a la comunidad inter-institucional, administración municipal y sector privado del municipio. Además se cumplieron las jornadas de capacitación en alianza con el SENA, como cursos de construcción y electricidad.
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Participación en proyectos productivos, se firmó convenio con la comunidad del resguardo Embera del Rio Bravo, para fortalecer de cultivo de caña, el proceso de producción panelera y la seguridad alimentaria. De igual manera, se trabajó con la asociación de paneleros de Darién en el proyecto de producción panelera
Acciones de solidaridad con la comunidad Entrega de lotes escolares. Donación de uniformes para los niños de la policía comunitaria Rescate de culturas ancestrales: se diseñó una metodología piloto, para la formulación del plan de vida de la comunidad Embera del resguardo río Bravo, firmando convenio para implementarlo. Se donaron implementos para el embellecimiento de la escuela de la vereda La Torre. Se realizaron los diseños para la construcción de la escuela nueva del resguardo Embera de río Bravo, presentando el presupuesto para su aprobación. Se diseñó la sede rural de la institución Educativa Erasmo Vivas, de la vereda la Palmera, estableciendo presupuesto para su construcción. En estos proyectos se invirtió un total de $286.333 millones de pesos.
8.15. ESTRATEGIAS DEL MINISTERIO DE AMBIENTE, VIVIENDA Y DESARROLLO TERRITORIAL PARA PREVENIR, MITIGAR, REMEDIAR Y COMPENSAR IMPACTOS DE LAS CENTRALES HIDROELÉCTRICAS 8.15.1. MEDIO FÍSICO Requerimiento a nuevos proyectos, de un caudal remanente, encaminado a garantizar los usos del agua aguas abajo de sitios de captación y de presa. Requerimientos estudios de cauce aguas abajo del sitio de presa, en referencia a erosión por fluctuación de caudales. Requerimiento de programas para manejo de emisiones atmosféricas y ruido. Establecimiento de medidas para control de sedimentos, durante actividades constructivas. Requerimiento programas de Gestión integral de Residuos sólidos domésticos e industriales. Requerimientos sistemas de tratamiento de aguas residuales domésticas e industriales, en todos los lugares de generación de las mismas. Prohibición apertura de compuertas de descarga de fondo en algunos proyectos. Monitoreo de caudales en cuerpos de agua localizados en el alineamiento del túnel. Requerimiento de medidas de compensación por destrucción del suelo.
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8.15.2. MEDIO BIÓTICO Requerimiento a nuevos proyectos, de caudal ecológico, para garantizar la permanencia de la hidrobiota. Establecimiento de medidas de compensación por inundación y afectación de la cobertura vegetal (revegetalización, compra de predios y establecimiento de áreas de reserva, aislamiento de zonas para garantizar regeneración natural). Requerimiento de medidas de compensación por aprovechamiento forestal. Requerimiento de programas de ahuyentamiento, previo a inundación. 8.15.3. MEDIO SOCIOECONÓMICO Requerimiento de planes de contingencia para suministrar agua potable a poblaciones en caso de afectación de acueductos. Requerimiento de programas para implementación de proyectos productivos. Programas de educación y participación comunitaria. Programa de restablecimiento de las condiciones de vida de las familias reubicadas. Programas de generación de empleo temporal. Programa de reasentamiento de la población. Programa de reposición de infraestructura física. Programa de Seguimiento a las condiciones de vida de las comunidades reasentadas. Programa de seguimiento epidemiológico. Programa de fortalecimiento institucional. Programa para la protección del patrimonio arqueológico. Programa para la protección del patrimonio cultural. Mecanismos de participación ciudadana.
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9. PROYECCIONES PARA EL FUTURO DE LA ENERGÍA HIDRÁULICA De acuerdo con lo estudios realizados por la Unidad de Planeación Minero Energética(UPME) el uso de la energía hidráulica como fuente de generación de energía aumentara mientras que la energía térmica disminuirá considerablemente. Figura 11. Proyecciones de Generación Eléctrica 2004-2010 GWh
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